【物理】物理牛顿运动定律的应用练习题20篇及解析

【物理】物理牛顿运动定律的应用练习题20篇及解析

一、高中物理精讲专题测试牛顿运动定律的应用

1．如图甲所示,质量为1kg m =的物体置于倾角为37θ︒=的固定且足够长的斜面上,对物体

施以平行于斜面向上的拉力F ，10.5s t = 时撤去拉力,物体速度与时间v-t 的部分图象如图乙所示。(2

10/,sin 370.6,cos370.8g m s ︒

︒

===)问： （1）物体与斜面间的动摩擦因数μ为多少？ （2）拉力F 的大小为多少？

【答案】(1)0.5 (2)30N 【解析】 【详解】

（1）由速度时间图象得：物体向上匀减速时加速度大小：

22110-5

m/s 10m/s 0.5

a =

= 根据牛顿第二定律得：

1sin cos mg mg ma θμθ+=

代入数据解得：

0.5μ=

（2）由速度时间图象得：物体向上匀加速时：

2220m /s v

a t

∆=

=∆ 根据牛顿第二定律得：

2sin cos F mg mg ma θμθ--=

代入数据解得：

30N F =

2．如图所示，有1、2、3三个质量均为m =1kg 的物体，物体2与物体3通过不可伸长轻绳连接，跨过光滑的定滑轮，设长板2到定滑轮足够远，物体3离地面高H =5.75m ， 物体1与长板2之间的动摩擦因数μ=O .2.长板2在光滑的桌面上从静止开始释放，同时物体1(视为质点)在长板2的左端以v =4m/s 的初速度开始运动，运动过程中恰好没有从长板2的右端掉下．(取g =10m/s²)求： (1)长板2开始运动时的加速度大小；

(2)长板2的长度0L ；

(3)当物体3落地时，物体1在长板2的位置．

【答案】（1）26m /s （2）1m （3）1m 【解析】 【分析】 【详解】 设向右为正方向

（1）物体1： -μmg = ma 1 a 1=–μg = -2m/s 2 物体2：T +μmg = ma 2 物体3：mg –T = ma 3 且a 2= a 3

由以上两式可得：22

g g

a μ+=

=6m/s 2 （2）设经过时间t 1二者速度相等v 1=v +a 1t=a 2t 代入数据解t 1=0．5s v 1=3m/s

1

12

v v x t +=

=1．75m 122

v t

x =

=0．75m 所以木板2的长度L 0=x 1-x 2=1m

（3）此后，假设物体123相对静止一起加速 T =2m a mg —T =ma 即mg =3m a 得3

g a =

对1分析：f 静=ma =3．3N ＞F f =μmg =2N ，故假设不成立，物体1和物体2相对滑动 物体1： a 3=μg =2m/s 2 物体2：T —μmg = ma 4 物体3：mg –T = ma 5 且a 4= a 5 得：42

g g

a μ-=

=4m/s 2 整体下落高度h =H —x 2=5m 根据2124212

h v t a t =+

物体1的位移2

3123212

x v t a t =+

=4m h -x 3=1m 物体1在长木板2的最左端 【点睛】

本题是牛顿第二定律和运动学公式结合，解题时要边计算边分析物理过程，抓住临界状态：速度相等是一个关键点．

3．如图所示，一质量M=4.0kg 、长度L=2.0m 的长方形木板B 静止在光滑的水平地面上，在其右端放一质量m=1.0kg 的小滑块A （可视为质点）。现对A 、B 同时施以适当的瞬时冲量，使A 向左运动，B 向右运动，二者的初速度大小均为2.0m/s ，最后A 并没有滑离B 板。已知A 、B 之间的动摩擦因数μ=0.50，取重力加速度g=10m/s 2。求：

（1）经历多长时间A 相对地面速度减为零；

（2）站在地面上观察，B 板从开始运动，到A 相对地面速度减为零的过程中，B 板向右运动的距离；

（3）A 和B 相对运动过程中，小滑块A 与板B 左端的最小距离。 【答案】（1） （2）

（3）

【解析】 【详解】

（1）A 在摩擦力f=μmg 作用下，经过时间t 速度减为零，根据动量定理有：μmgt=mv 0 解得 t=0.40s

（2）设B 减速运动的加速度为a ，A 速度减为零的过程中，板B 向右运动的位移为x ． 根据牛顿第二定律有μmg=Ma ， 解得a=1.25m/s 2

根据匀变速直线运动位移公式有x=v 0t-at 2 解得 x=0.70m

（3）设A 和B 二者的共同速度为v ， 根据动量守恒定律有 （M-m ）v 0=（M+m ）v 解得v=1.2m/s

设A 和B 二者达到共同速度时，小滑块A 与板B 右端的距离为l ，根据做功与能量变化的关系有

μmgl=（M+m ）v 02-（M+m ）v 2 解得 l=1.28m ，

所以A 、B 相对运动过程中，小滑块A 与板B 左端的最小距离为：△x=L-l=0.72m

本题可以通过分别对两个木块受力分析，求加速度，判断运动规律；也可以直接用动量守恒定律和能量守恒列式求解，动量守恒定律不涉及中间过程，解题较为方便.

4．如图甲所示，有一倾角为37°的光滑固定斜面，斜面底端的水平面上放一质量为M的木板。开始时质量为m＝2 kg 的滑块在水平向左的力F作用下静止在斜面上，现将力F变为水平向右，当滑块滑到木板上时撤去力F，木块滑上木板的过程不考虑能量损失。此后滑块和木板在水平面上运动的v－t图象如图乙所示，g＝10 m/s2。求：

(1)水平作用力F的大小；

(2)滑块开始下滑时的高度；

(3)木板的质量。

【答案】（1）15N（2）2.5m（3）3kg

【解析】

【分析】

（1）对滑块受力分析，由共点力的平衡条件可得出水平作用力的大小；

（2）根据图乙判断滑块滑到斜面底部的速度，由牛顿第二定律求出加速度，从而根据在斜面上的位移和三角关系求出下滑时的高度。

（3）根据摩擦力的公式求出地面和木板间的摩擦力，根据牛顿第二定律求出滑块和木板间的摩擦力，进而根据牛顿第二定律求出木板的质量。

【详解】

（1）滑块受到水平推力F、重力mg和支持力N处于平衡，如图所示，

水平推力：F=mgtanθ=2×10×0.75N=15N

（2）由图乙知，滑块滑到木板上时速度为：v1=10m/s

设下滑的加速度为a，由牛顿第二定律得：mgsinθ+Fcosθ=ma

代入数据得：a=12m/s2

则下滑时的高度：

2

1

100

·0.6 2.5

224

v

h sin m m

a

θ

=⨯=

＝

（3）设在整个过程中，地面对木板的摩擦力为f，滑块与木板间的摩擦力为f1

由图乙知，滑块刚滑上木板时加速度为：a1＝

210

20

v

t

V

V

＝

-

-

＝−4m/s2